JPS606858A - 表面弾性波の音速・減衰測定法 - Google Patents
表面弾性波の音速・減衰測定法Info
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- JPS606858A JPS606858A JP58114106A JP11410683A JPS606858A JP S606858 A JPS606858 A JP S606858A JP 58114106 A JP58114106 A JP 58114106A JP 11410683 A JP11410683 A JP 11410683A JP S606858 A JPS606858 A JP S606858A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、主として固体表面への薄膜のへ着、表面処理
、表面欠陥等により変化する表面夕で外波の「速及び減
衰を測定する方法に関するものである。
、表面欠陥等により変化する表面夕で外波の「速及び減
衰を測定する方法に関するものである。
例えば、新たに開発した材料の特性を把握して物性評価
を行う場合や、生産現場において製品の表面の性質等を
測定する効果的な検査法を確ケするノル１合には、試料
表面近傍の硬さ、曲げ強さ、あるいは耐摩耗性等の機械
的性質と密接な関係にある表面りｌ性波の音速及びその
伝播に伴う減衰を５１測してそれらを利用するのが望ま
しい。
を行う場合や、生産現場において製品の表面の性質等を
測定する効果的な検査法を確ケするノル１合には、試料
表面近傍の硬さ、曲げ強さ、あるいは耐摩耗性等の機械
的性質と密接な関係にある表面りｌ性波の音速及びその
伝播に伴う減衰を５１測してそれらを利用するのが望ま
しい。
本発明者は、先にこのような表面弾性波の音速Ｊ１１定
法（特願昭５７−１５８５３５号）を提案している。
法（特願昭５７−１５８５３５号）を提案している。
この測定法は、超音波レンズを通してパルス状の超音波
ビームを試料内に位置する焦点に収束するように放射さ
せ、試料から各種経路を経て帰戻する反射波の掃戻時間
差に基づいて表面弾性波の音速を′Ａ１１１定するもの
で、超音波レンズ等を機械的に動かさず、電気的測定の
みによって測定できる点において従来の測定法よりも優
れているが、η速が周波数に依存する試料についての測
定には適さず、また伝播に伴う減衰が大きい試料の測定
にも不向きなものである。
ビームを試料内に位置する焦点に収束するように放射さ
せ、試料から各種経路を経て帰戻する反射波の掃戻時間
差に基づいて表面弾性波の音速を′Ａ１１１定するもの
で、超音波レンズ等を機械的に動かさず、電気的測定の
みによって測定できる点において従来の測定法よりも優
れているが、η速が周波数に依存する試料についての測
定には適さず、また伝播に伴う減衰が大きい試料の測定
にも不向きなものである。
上記に鑑み、本発明は、材料における表面弾性波の音速
だけでなく、その伝播に伴う減衰を多周波数にわたって
同時に測定可能とし、それによって音速が周波数に依存
する試料や伝播に伴う減衰が大きい試料についての音速
及び減衰の測定をも可能にした表面弾性波の音速・減衰
Ａｌｌ定法を提供しようとするものである。
だけでなく、その伝播に伴う減衰を多周波数にわたって
同時に測定可能とし、それによって音速が周波数に依存
する試料や伝播に伴う減衰が大きい試料についての音速
及び減衰の測定をも可能にした表面弾性波の音速・減衰
Ａｌｌ定法を提供しようとするものである。
上記目的を達成するため、本発明の測定法は。
測定対象である被験材料と予め選定した標準試料におけ
る表面弾性波の位相」〕のずれと波形変化を一定の方式
の計りによって比較することにより、被験試料における
表面弾性波の音速及び減衰を測定するようにしたもので
あり、さらに５ニジ＜は、標準試料及び被験試料のそれ
ぞれに対し、ＩＪＨ音波レンズによりインパルス収束超
音波ビームをそれらの内部に位置する焦点に収束するよ
うに放射し、反射して帰戻した超音波を電気信呼に変換
して、超音波レンズの端面で反射する内部反射波と標準
試料表面で反射する鏡面反射波の帰戻昨間差、））、ひ
Ｊ−記鏡面反躬波と標準試料表面を漏洩表面りｉ外波と
して伝わった後に戻る表面弾性波の帰戻時間差を１時間
間隔計測器において検出するど共に、周波数分析器にお
いて両試料における表面弾性波の位相スペクトル及び振
幅スペクトルを周波数の関数として検出し、計算機にお
けるｌ、記各検出値に基づく演算により被験試料におけ
る表面り１１性波の音速及び減衰をめることを特徴とす
るものである。
る表面弾性波の位相」〕のずれと波形変化を一定の方式
の計りによって比較することにより、被験試料における
表面弾性波の音速及び減衰を測定するようにしたもので
あり、さらに５ニジ＜は、標準試料及び被験試料のそれ
ぞれに対し、ＩＪＨ音波レンズによりインパルス収束超
音波ビームをそれらの内部に位置する焦点に収束するよ
うに放射し、反射して帰戻した超音波を電気信呼に変換
して、超音波レンズの端面で反射する内部反射波と標準
試料表面で反射する鏡面反射波の帰戻昨間差、））、ひ
Ｊ−記鏡面反躬波と標準試料表面を漏洩表面りｉ外波と
して伝わった後に戻る表面弾性波の帰戻時間差を１時間
間隔計測器において検出するど共に、周波数分析器にお
いて両試料における表面弾性波の位相スペクトル及び振
幅スペクトルを周波数の関数として検出し、計算機にお
けるｌ、記各検出値に基づく演算により被験試料におけ
る表面り１１性波の音速及び減衰をめることを特徴とす
るものである。
以下に図面を参照して本発明の方法をｔＥ’ｌ’述する
。
。
第１図は、本発明の実施に使用する装置の構成を示し、
１は超音波レンズで、単結晶アルミナまたは溶融石芙等
からなる円筒部２の先端面に凹球面状の凹み３を設け、
上面に設けた広帯域圧電トランスデユーサ４で励起した
縦波を試＞Ｉ５に対向させた四球菌ｉ６においてノａ（
折させることにより、超音波ビームを試料５内に位置す
る焦点Ｏに収束させるようにしている。而して、上記圧
電トランスデユーサ４には、後述するパルス発振器及び
反射波に基づいて表面弾性波の音速及び伝播に伴う減衰
をめるだめの処理回路を接続している。
１は超音波レンズで、単結晶アルミナまたは溶融石芙等
からなる円筒部２の先端面に凹球面状の凹み３を設け、
上面に設けた広帯域圧電トランスデユーサ４で励起した
縦波を試＞Ｉ５に対向させた四球菌ｉ６においてノａ（
折させることにより、超音波ビームを試料５内に位置す
る焦点Ｏに収束させるようにしている。而して、上記圧
電トランスデユーサ４には、後述するパルス発振器及び
反射波に基づいて表面弾性波の音速及び伝播に伴う減衰
をめるだめの処理回路を接続している。
」二記装置による本発明の測定法は、先ず、試料５とし
て標準試料を図示位置に配設し、超音波１／ンズ１から
インパルス収束超音波ビームを試料に入射させ、レンズ
軸近傍を伝播する鏡面反射波と漏洩表面弾性波を時間的
に分離して検出し、これによって得たデータを計算機に
記憶させ、次いで」二記標準試Ｉ’ｌに代えて被験試料
を用いて得たデータを計′ｉ、機に送り、それらのデー
タに基づいて幾何光学的解析を行うことにより、被験試
料における表面弾性波のｔ１速及び伝播に伴う減衰を、
周波数との関係において測定するものである。
て標準試料を図示位置に配設し、超音波１／ンズ１から
インパルス収束超音波ビームを試料に入射させ、レンズ
軸近傍を伝播する鏡面反射波と漏洩表面弾性波を時間的
に分離して検出し、これによって得たデータを計算機に
記憶させ、次いで」二記標準試Ｉ’ｌに代えて被験試料
を用いて得たデータを計′ｉ、機に送り、それらのデー
タに基づいて幾何光学的解析を行うことにより、被験試
料における表面弾性波のｔ１速及び伝播に伴う減衰を、
周波数との関係において測定するものである。
きらに其体的に説明すると、−１−記試籾５に水等の液
体のカプラー７を介して対設される超音波レンズ１」−
の圧電トランスデユーサ４には、それに電気的パルス信
号を送るパルス発振器が接続され、このパルス発振器か
らのパルス信号によりインパルス収束ａ 音波ビームが
放射されると、この超音波ビーム１」、複数の成分に分
れて試料に伝播する。
体のカプラー７を介して対設される超音波レンズ１」−
の圧電トランスデユーサ４には、それに電気的パルス信
号を送るパルス発振器が接続され、このパルス発振器か
らのパルス信号によりインパルス収束ａ 音波ビームが
放射されると、この超音波ビーム１」、複数の成分に分
れて試料に伝播する。
即ち、まず１，１ｆｌＴ’Ｆ波１／ンズ１の中心を通っ
て凹球面６のＥ点からカプラー７を通り、試料５の表面
のＦ点で鏡面反射して同一の経路を戻る鏡面反射波の成
分（以下、Ｓ波と呼ぶ）があり、さらに表１ｍ弾性波と
なるＮｉｌ波の成分（以下、Ｌ波と呼ぶ）は、超音波レ
ンズ１の中心から離れた部分を通って凹球面６のＡ点で
焦点０に収束する方向に屈折し、カプラー７内を通って
試料５表面におけるＢ点に達し、ここで試料表面に平行
にしかも試料の表面近傍のみを伝わる表面りｉ外波とな
り、Ｂ点からＦ点を経て０点に達すると、その０点から
再びカプラー７中に上記０点からの発散方向に放出され
、凹球面６のＤ点から超音波レンズ１に入って圧電トラ
ンスデユーサ４内に戻る。また、超音波レンズ１の凹球
面６におけるＥ点で反射して同一の経路を戻る内部反射
波（以下、１波と呼ぶ）もある。
て凹球面６のＥ点からカプラー７を通り、試料５の表面
のＦ点で鏡面反射して同一の経路を戻る鏡面反射波の成
分（以下、Ｓ波と呼ぶ）があり、さらに表１ｍ弾性波と
なるＮｉｌ波の成分（以下、Ｌ波と呼ぶ）は、超音波レ
ンズ１の中心から離れた部分を通って凹球面６のＡ点で
焦点０に収束する方向に屈折し、カプラー７内を通って
試料５表面におけるＢ点に達し、ここで試料表面に平行
にしかも試料の表面近傍のみを伝わる表面りｉ外波とな
り、Ｂ点からＦ点を経て０点に達すると、その０点から
再びカプラー７中に上記０点からの発散方向に放出され
、凹球面６のＤ点から超音波レンズ１に入って圧電トラ
ンスデユーサ４内に戻る。また、超音波レンズ１の凹球
面６におけるＥ点で反射して同一の経路を戻る内部反射
波（以下、１波と呼ぶ）もある。
」１記Ｓ波、Ｌ波、及びＩ波は、それらが圧電トランス
デユーサ４に帰戻すると、試料５が標準試料の場合、圧
電トランスデユーサ４から第２図に示すような電気的信
号が出力される。この電気的信号は時間間隔測定器に送
られ、そこで標準試料における■波とＳ波、及びＳ波と
Ｌ波のそれぞれの時間間隔Δｔｏ、Δ籠かめられ、これ
らかｊｔ １機に送られてそこに記憶される。
デユーサ４に帰戻すると、試料５が標準試料の場合、圧
電トランスデユーサ４から第２図に示すような電気的信
号が出力される。この電気的信号は時間間隔測定器に送
られ、そこで標準試料における■波とＳ波、及びＳ波と
Ｌ波のそれぞれの時間間隔Δｔｏ、Δ籠かめられ、これ
らかｊｔ １機に送られてそこに記憶される。
Ｊ１記標準試料としては、表面りｉ外波の音速か周波数
に依存せず、しかも減衰が測定１−無視できる程度に小
さい試料を用い、一般的には、本発明の方法を固体表面
への薄１模の蒸着１表面処理、表面欠陥等による表面の
物性評価に利用する場合、その１１ル膜蒸着等を行うｌ
ｑ材を標準試料とするのが適している。
に依存せず、しかも減衰が測定１−無視できる程度に小
さい試料を用い、一般的には、本発明の方法を固体表面
への薄１模の蒸着１表面処理、表面欠陥等による表面の
物性評価に利用する場合、その１１ル膜蒸着等を行うｌ
ｑ材を標準試料とするのが適している。
また、上記第２図の電気的信号は、遅延ゲーＩ・にも送
られる。この遅延ゲートは、パルス発振器からの同期信
−）にノ、（づいてＲ延ケートパルス発ＩＫ器から送出
されるゲート信号によって開閉制御され、その制御によ
ってＬ波の信号のみが抽出されて次段・の周波数分析器
に送られるようにしたものであり、周波数分析器におい
てはＬ波の周波数分析によりその位相スペクトル及υ・
振幅スペクトルがめられ、それらが計算機に記憶される
。従って、試料５として標準試料を用いた場合、には、
位相スペクトルφ、、（ω）及び振幅スペクトルｖ５（
（ロ）がめられ、また上記標準試料に代えてそれと同様
な状態に被験試料を配設し、同様の操作を行えば、被験
試料における位相スペクトルφ（財）及び振幅スペクト
ルＶ（財）が周波数分析器から計算機に出力される。こ
れらにより、計算機においては次の式に基づく演算が行
われ、音速等（（ロ）及び減衰α（（ロ）が算出される
。
られる。この遅延ゲートは、パルス発振器からの同期信
−）にノ、（づいてＲ延ケートパルス発ＩＫ器から送出
されるゲート信号によって開閉制御され、その制御によ
ってＬ波の信号のみが抽出されて次段・の周波数分析器
に送られるようにしたものであり、周波数分析器におい
てはＬ波の周波数分析によりその位相スペクトル及υ・
振幅スペクトルがめられ、それらが計算機に記憶される
。従って、試料５として標準試料を用いた場合、には、
位相スペクトルφ、、（ω）及び振幅スペクトルｖ５（
（ロ）がめられ、また上記標準試料に代えてそれと同様
な状態に被験試料を配設し、同様の操作を行えば、被験
試料における位相スペクトルφ（財）及び振幅スペクト
ルＶ（財）が周波数分析器から計算機に出力される。こ
れらにより、計算機においては次の式に基づく演算が行
われ、音速等（（ロ）及び減衰α（（ロ）が算出される
。
但し、
Δｔ、、＋ｃｓ ＝ΔｔＲｓ ［φ（財）−φ５（７）
］／２πωω ：周波数 ｕｏ：カプラ−７中の音速 ｆ ：超音波レンズ１の焦点距離 Δｔ、：Ｉ波とＳ波の到達時間間隔 ΔｊＲｓ ：標準試料におけるＳ波とＬ波の到達時間間
隔 φ（ω） ：被験試料におけるＬ波の位相スペクトル φ、（−二標準試料におけるＬ波の位相スペクトル ■Ｓ（（ロ） ：標べ１・試料におけるＬ波の振幅スペ
クトル Ｖ−二被験試料におけるＬ波の振幅 スペクトル 」１式による音速及び減衰の演算は、多周波数にわたっ
て同時に行われるため、それによって音速及び減衰につ
いての周波数依存性ン求めることかできる。
］／２πωω ：周波数 ｕｏ：カプラ−７中の音速 ｆ ：超音波レンズ１の焦点距離 Δｔ、：Ｉ波とＳ波の到達時間間隔 ΔｊＲｓ ：標準試料におけるＳ波とＬ波の到達時間間
隔 φ（ω） ：被験試料におけるＬ波の位相スペクトル φ、（−二標準試料におけるＬ波の位相スペクトル ■Ｓ（（ロ） ：標べ１・試料におけるＬ波の振幅スペ
クトル Ｖ−二被験試料におけるＬ波の振幅 スペクトル 」１式による音速及び減衰の演算は、多周波数にわたっ
て同時に行われるため、それによって音速及び減衰につ
いての周波数依存性ン求めることかできる。
第３図及び第４図は、鋼材を標準試料とし、それにセラ
ミックのコーティングを施したちＧＪヲ被験試料として
、上記装置によって行った実験結果を示すものである。
ミックのコーティングを施したちＧＪヲ被験試料として
、上記装置によって行った実験結果を示すものである。
第３図は、遅延ゲートから出力されるＬ波の波形を示し
、Ａは標準試料の波形、Ｂ−Ｄはそれぞれコーティング
厚さが１．４μｍ、 ４．３ｐｍ及び８．８ｐ、ｍの被
験試料の波形であり、これらによってコーティングの厚
さが厚くなる程表面弾性波の音速が速くなり、旧つ減衰
することがわかる。
、Ａは標準試料の波形、Ｂ−Ｄはそれぞれコーティング
厚さが１．４μｍ、 ４．３ｐｍ及び８．８ｐ、ｍの被
験試料の波形であり、これらによってコーティングの厚
さが厚くなる程表面弾性波の音速が速くなり、旧つ減衰
することがわかる。
第４図は、各試料表面における音速を周波数との関係で
示したもので、ａは標準試料の音速、ｃ、ｄはコーティ
ング厚さが４．３ ｐ、 ｍ、 ８．６ｇｍの被験試料
の音速であり、これらによって標準試料の音速は周波数
の増減によっては変化しないが、被験試料の音速は周波
数依存性を有し、コーティング厚さが厚くなる程周波数
の増大に応して音速が速くなることがわかる。
示したもので、ａは標準試料の音速、ｃ、ｄはコーティ
ング厚さが４．３ ｐ、 ｍ、 ８．６ｇｍの被験試料
の音速であり、これらによって標準試料の音速は周波数
の増減によっては変化しないが、被験試料の音速は周波
数依存性を有し、コーティング厚さが厚くなる程周波数
の増大に応して音速が速くなることがわかる。
このように本発明によれば、被験試料における表面弾性
波の音速及び減衰を多数の周波数との関係において同時
に測定でき、従って表面から内部に向って物性の分！１
ｉ状態が異なる材料の表面物性の評価が可能であり、材
料の非破壊検査や超音波顕微鏡において有用である。
波の音速及び減衰を多数の周波数との関係において同時
に測定でき、従って表面から内部に向って物性の分！１
ｉ状態が異なる材料の表面物性の評価が可能であり、材
料の非破壊検査や超音波顕微鏡において有用である。
第１図は本発明の実施に使用する装置の構成図 第２図
は標準試料を用いた場合の各反ｎ４波の時間関係を示す
線区、第３図及び第４図は４−記装置によって各種試ネ
′１についての測定を行った場合のＬ波の波形及び音速
を示す線図である。 １ Φ・超音波レンズ、 ５拳争試料。
は標準試料を用いた場合の各反ｎ４波の時間関係を示す
線区、第３図及び第４図は４−記装置によって各種試ネ
′１についての測定を行った場合のＬ波の波形及び音速
を示す線図である。 １ Φ・超音波レンズ、 ５拳争試料。
Claims (1)
- １、 標準試料及び被験試料のそれぞれに対し、超音波
レンズによりインパルス収束超ｉ”ｆ波ビー１、をそれ
らの内部に位置する焦点に収束するように放射し、反射
して帰戻した超音波を電気信号に変換して、超音波レン
ズの端面で反射する内部反射波とｌ′：！べ１１試料表
面で反射する鏡面反射波の帰戻時間差、及び上記鏡面反
射波ど標準試料表面を漏洩表面弾性波として伝わった後
に戻る表面弾性波の帰戻ｎ′Ｐ間差を、時間間隔計測器
において検出すると共に、周波数分析器において両試料
における表面弾性波の位相スペクトル及び振幅スペクト
ルを周波数の関数として検出し、計算機における上記各
検出値に基づく演算により被験試料における表面弾性波
の音速及び減衰をめることを特徴とする表面弾性波の音
速・減衰測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58114106A JPS606858A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 表面弾性波の音速・減衰測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58114106A JPS606858A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 表面弾性波の音速・減衰測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS606858A true JPS606858A (ja) | 1985-01-14 |
| JPH0429976B2 JPH0429976B2 (ja) | 1992-05-20 |
Family
ID=14629266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58114106A Granted JPS606858A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 表面弾性波の音速・減衰測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS606858A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1986000710A1 (en) * | 1984-07-08 | 1986-01-30 | Noriyoshi Chubachi | Surface ultrasonic wave interference microscope |
| RU2613485C2 (ru) * | 2015-06-29 | 2017-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ измерения вертикального распределения скорости звука в воде |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59206758A (ja) * | 1983-05-11 | 1984-11-22 | Noritoshi Nakabachi | 超音波顕微鏡装置 |
-
1983
- 1983-06-24 JP JP58114106A patent/JPS606858A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59206758A (ja) * | 1983-05-11 | 1984-11-22 | Noritoshi Nakabachi | 超音波顕微鏡装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1986000710A1 (en) * | 1984-07-08 | 1986-01-30 | Noriyoshi Chubachi | Surface ultrasonic wave interference microscope |
| EP0187866A1 (en) * | 1984-07-08 | 1986-07-23 | Noriyoshi Chubachi | Surface ultrasonic wave interference microscope |
| EP0187866B1 (en) * | 1984-07-08 | 1989-12-06 | Noriyoshi Chubachi | Surface ultrasonic wave interference microscope |
| RU2613485C2 (ru) * | 2015-06-29 | 2017-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ измерения вертикального распределения скорости звука в воде |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0429976B2 (ja) | 1992-05-20 |
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